Rede tolerante a atraso para cenários da Marinha: abordagem baseada na qualidade

Abstract

The navy operations involve several participants that work between them with common objectives and usually under challenged communication conditions. There are natural constrains that are imposed by the operation environment, e.g. hilly terrains. There are also artificial constrains that are created by enemy elements which force conditions to affect the navy operation (or other military forces), e.g. intentional jamming. The military often uses proprietary devices to communicate between them. Despite of the effectiveness of these devices, they are expensive and usually offer a limited range of services. However, the recent technological advances allow the proliferation of several mobile devices with wireless communication capabilities and with the value to easily insert new features, but these devices are still not prepared to military networks in terms of communication. Thus, this dissertation proposes to use Delay Tolerant Networks (DTNs) with a new routing protocol Quality-PRoPHET (Q-PRoPHET) able to measure the quality of the wireless links and route the information using the connections with best quality, where the probability of transmission is higher. The Q-PRoPHET uses a quality function to evaluate the quality of the connections and a transitive property to route through multiple hops. This algorithm was implemented in IBR-DTN and it was evaluated in three scenarios that emulate three scenarios observed during the navy tactical operations. Two of these scenarios were tested inside a building and the last one was tested in an external environment using real mobility of the nodes. The obtained results show that Q-PRoPHET has better performance than PRoPHET in terms of delivery ratio, endto-end delay and packets transmission, which are critical parameters for the communication in navy operations.

As operações da marinha envolvem vários intervenientes que trabalham entre si com objetivos comuns e frequentemente sob condições de comunicação desafiadoras. Existem constrangimentos naturais que são impostos pelo ambiente da operação, por exemplo, geografia acidentada do terreno. Existem também constrangimentos artificiais que são criados por elementos hostis que forçam condições de modo a prejudicar as operações da marinha (ou outras equipas militares), por exemplo, criação de interferência intencional. Os militares geralmente usam equipamentos de comunicação proprietários para comunicar entre si. Apesar da eficácia destes equipamentos, eles são caros e normalmente oferecem uma gama de serviços limitada. Contudo, os recentes avanços tecnológicos permitiram a proliferação de muitos dispositivos portáteis com capacidade de comunicação sem fios e com o valor de acrescentar novas funcionalidades de formas muito simples, mas estes dispositivos ainda não estão adaptados para as redes militares em termos de comunicação. Esta dissertação propõe usar Redes Tolerantes a Atrasos (DTNs) com um novo protocolo de encaminhamento QualityPRoPHET (Q-PRoPHET) capaz de medir a qualidade das ligações sem-fios e encaminhar a informação pelas ligações de melhor qualidade, onde a probabilidade de sucesso da transmissão é maior. O Q-PRoPHET usa uma função de qualidade para avaliar a qualidade das ligações e uma propriedade transitiva para encaminhamento a múltiplos saltos. Este algoritmo foi implementado no IBR-DTN e foi avaliado em três cenários que emulam três cenários observados durante operações táticas da Marinha. Dois destes cenários foram testados dentro de um edifício e o último foi testado em ambiente exterior, recorrendo a mobilidade real dos nós. Os resultados obtidos mostram que o Q-PRoPHET tem melhor desempenho que o PRoPHET em termos de taxa de entrega, tempo de entrega e transmissão de pacotes, que são parâmetros críticos para as comunicações das operações da marinha.